在器官发育的早期会发生什么?一小组细胞如何组织成为心脏，大脑或肾脏?这个发展的关键时期长期以来一直是发展生物学的黑匣子，部分原因是没有传感器小到或足够灵活，无法在不损坏细胞的情况下观察这一过程。
现在，来自哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员已经开发出了简化的器官，称为类器官，具有完全集成的传感器。这些所谓的机器人类器官为器官发育的早期阶段提供了罕见的一瞥。该研究发表在Nano Letters上。
“我受到高中自然器官发育过程的启发，其中三维器官从二维结构中的少数细胞开始。我认为如果我们能够开发出具有柔韧性，可拉伸性和柔软性的纳米电子学，它们可以与发育中一起生长组织通过其自然发育过程，嵌入式传感器可以测量这一发育过程的整个活动，“SEAS生物工程助理教授，该研究的高级作者贾柳说。“最终结果是一块具有纳米级装置的组织完全分布并整合在组织的整个三维体积中。”
这种类型的设备来自刘开始作为研究生的工作，Charles M. Lieber是Joshua和Beth Friedman大学教授。在利伯的实验室中，刘曾经开发出灵活的网状纳米电子学，可以注入特定的组织区域。
在此设计的基础上，Liu和他的团队通过将网格的形状从直线改为蛇形结构来增加纳米电子的可拉伸性(在可穿戴电子设备中使用类似的结构)。然后，研究小组将网状纳米电子转移到2D干细胞片上，细胞覆盖并通过细胞 - 细胞吸引力与纳米电子相互交织。随着干细胞开始变形为3D结构，纳米电子学与细胞一起无缝重新配置，从而产生具有嵌入式传感器的完全成长的3D器官。
然后干细胞分化为心肌细胞 - 心脏细胞 - 研究人员能够监测和记录90天的电生理活动。
“这种方法使我们能够持续监控发育过程，并了解个体细胞的动态如何在整个发育过程中开始相互作用和同步，”刘说。“它可以用来将任何类器官变成机器人类器官，包括脑和胰腺类器官。”
除了帮助回答关于生物学的基本问题之外，还可以使用半机械器官类固醇来测试和监测患者特异性药物治疗并可能用于移植。
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